电介质的特性

1.什么是电介质？
电介质是一种绝缘材料，在外电场作用下不能 发生 传导现象，可以发生极化现象。
电介质有多种形态:
液态和气态。
电介质的分子可分为两类:
无极分子 有极分子
无极分子：当外电场不存在时，电介质中分子的正负电 荷的" 重心〃是重合的。
有极分子：当外电场不存在时，电介质中分子的正负电 荷"重 心〃不重合，因此每个分子可等效为 —个电偶极 子。
求：球壳中任一点的电位移矢量、电场强度、极化强度及电位。 解：按题意该电场为中心对称场，选球坐标系，用高斯定律
= Q —> ££DRR sinOdOd^ = Q 一o
所以：DR • 4nR2 = Q — D = -^—2 aR R x 4 nR2 R
一一 一 0 八
R〉R2. D =『
RI - R - R2 ： D = £QsrE2 —> E?=倾?&
根据咼斯定律：V - (% E) = + pp — pV-\- (—V - P)
可得：V-(+ P)- pv
定义一新矢量：D = 8o》+戸
已知：戸=
D = (Se)%丘
令：S = 1 + /
D = £t£QE\-------1电介质的物态方程
s 其中：％称为相对介电常数。材料的介电常数表示为： = s鬲
常见电介质的相对介电常数见教材。
材料名称 空气
聚四氟乙烯 石蜡
聚苯乙烯 胶木 蒸馏水
相对介电常数
1.0006 2.1 2.2 2.56 4.9 91
击芽场强（10kV/cm）
3
15 〜30 40
21 〜30
例 : Q R 1 点电荷 位于介质球壳的球心，球壳内半径为R，夕卜半径为
球壳的相对介电常数为勺，壳内外为真空。
3.极化强度
极化强度：描述电介质极化程度的物理量。
极化强度定义：单位体积中分子电矩的矢量和。
设介质中任一小体积A卩中所有分子的电矩矢量和为SA
极化强度为： /a
'
戸=lim品极化强度的单位是C/m2 .。
AV 顶 AV
介质中的每一点极化强度矢量与该点的电场强度成正比。
即：
P = %舟丘
称为电极化系数。
4.束缚电荷
电介质中体积户内的的全部电偶极子，在场点力产生的电位:
1
•束缚面电荷在场点产生的电位
由=
丄
戸R
其中：表面須J S是，体R 积J V'的封闭界面。 束缚
= 电荷的面密度为： PPS=片---戸束•缚介体电何在场点产生的电位
矿• 束缚电荷的体密度为： PPபைடு நூலகம்=戸
5-电介质的物态方程
电介质极化后，场域中除了自由电荷之外，又多了束缚电荷，
2•电介质的极化
(1) 无极分子的极化：位移极化 在外电场作用下，由无极分子组成的电介质中, 分子
的正负电荷"重心〃将发生相对位移，形成等 效电偶极子。 (2) 有极分子的极化：转向极化
在外电场作用下，由有极分子组成的电介质中, 各分 子的电偶极矩转向电场的方向。
电介质极化的定义：
在外电场作用下，电介质 中 出现有序排列的电偶极子， 表面 上出现束缚电荷的现象， 称为电 介质的极化。
5.1电介质的物态方程 8 =时。丘 6.介质的击穿
咼斯定律：N • D = pv
积分形式：（）$力• dU =「T
结论： 穿过任意封闭曲面的电通量，只与曲面中包 围的自由
电荷有关，而与介质的极化状况无关。
6.介质的击穿
介质的击穿：当电介质上的外加电场足够大时， 束缚 电荷有可能克服原子结构的吸引力，成为自 由电荷， 此时，介质呈现导体特性。
击穿场强：介质所能承受的最大电场强度。 击穿场强在高压技术中是一个表征材料性能的 重要参 数。
3.3电介质的特性
1. 什么是电介质？ 2. 电介质的极化 3. 极化强度 4. 束缚电荷 5. 电介质的物态方程 6. 介质的击穿
材料的电导率
材料名称 云母 硬橡胶
动物肌肉 海水 石墨 黄铜 金
类型 绝缘体 绝缘体
导体 导体 导体 导体
电导率b （S/m） IO』5 IO』4 0.4 4 105 1.1X107 4.1X107
极化强度:
P
—
D
—
Q 1、 人 上 SQE?n=R(12—&
4
电位：= -jR'd「=-J：E1RdR — E dR J： 2R
Q1 1 1 4 n%(1—扌瓦+双
d，= -dRdR
小结:
1. -什么是电介质？ 2. 电介质的极化
3. 极化强度戸=源D = SQE + P 4. 束缚电荷pP = -V .戸